专利名称：一种织物和纱线力学指标的组合测量装置及用途的制作方法
技术领域：
本发明属于纺织精密计量仪器技术领域，涉及包括纺织中织物与纱线力学性能的测量装置及用途。该装置可应用于纱线可纺性能评价，织物风格评价的测量及其纺织生产中的工艺参数优化与质量控制。
背景技术：
织物和纱线的风格对纺织品的成形加工和穿着使用起着至关重要的作用，既影响内衣的滑爽、柔软和悬垂风格，又决定着外衣的挺括、抗弯和保形的风格特征。因此，为了满足纺织品的多种需求，必须选择相应的织物与纱线风格(包括重量、弯曲性能、摩擦性能、拉伸性能、松弛性能、压缩厚度及剪切性能等力学性能)来生产加工最终纺织品。
然而，选择或改善纺织品，必须认识和测量纺织品的性能与风格，尤其是定量化的表征。而目前织物和纱线力学性能测试仪主要分为单一性能指标测量、多性能指标多测量和多性能指标单测量三大类。单一性能指标测量是最常用和简单的测量方法，如纱线的弯曲刚度[Peirce F.T.，J.Text.Inst.，1926，17，T355-368；IOxuh C.C，朱苏康。测定纱线弯曲刚度的试验方法。中国纺织大学学报，1992，18(3)106～108；储才元，徐路。振动法测定织物弯曲刚度的探讨。中国纺织大学学报，1988，14(3)113～119]、纱线的强伸性[金云峰.YG029型单纱强力仪电磁间隔取样机构的研制。纺织器材。1997，24(3)24～25；张洪峰，雷大伟，孙梅。组合式多束生丝强伸力机电脑测试仪。中国专利ZL92220556.6，1993]、织物的悬垂[周华，沈毅，姚跃飞。织物悬垂性测试仪。中国专利ZL97224718.1，1999； 赵文，王夕源，王盼文。电脑多功能织物悬垂风格测试仪。中国专利ZL89205920.6，1990]等测量。多性能指标的多次测量有KES[川端季雄.风格的标准化及其分析(第2版)。大阪日本纤维机械学会，1980]、FAST[CSIRO Australia.Fast Instruction Manual，1994]和YG821[李汝勤，宋均才等编者。纤维和纺织品的测试原理与仪器。上海中国纺织大学出版社，1995]等风格仪是单机或多机多次测量方法，虽在测试织物力学性能和风格评价方面起着重要的作用，但这三种织物风格仪均需要多次测量且价格昂贵，并存在着一些不足。如KES-FB2是基于织物纯弯曲模型，对纱线弯曲不适用；FAST-2是基于悬臂梁模型，当测试纱线时纱线自由端易退捻而不能真实测得纱线弯曲刚度；YG821在测试时需要不断更换附属配件，亦无法测量纱线力学特征等。
多性能指标单次测量技术亦有报道[潘宁。织物触觉风格的客观评价[博士论文]。上海中国纺织大学，1985]和专利申请[于伟东，王锦成。纱线弯曲性能测量装置。中国专利ZL99217564.9，2000]，但也存在问题，该报道中的测试仪器没有有效提取各力学性能指标，只是各力学性能的综合值，另外，该实用新型专利只适用于测量纱线。
上述试验仪器和方法中存在的最大的缺陷是，均无法在同一台仪器上完成织物和纱线的测量。然而实际中需要纱线与织物同用同测，便于纱线与织物之间的各项力学性能分析。
因此有必要为研究能集织物与纱线力学性能测量于一体的方法，通过织物与纱线一次原位测试可测量获取织物与纱线的多项力学性能指标，以及通过该仪器分析织物与纱线的弯曲、摩擦、拉伸、松弛、压缩及剪切等各项力学性能之间的关系。这样不但可以降低仪器价格，快速获取织物与纱线力学性能指标，而且可实现纺织品的快速开发、加工及节约成本。

发明内容
本发明的目的是提供一种织物和纱线力学指标的组合测量装置及用途，即在仅有一个高精度拉力传感器和位移驱动系统的装置上，实现能集织物与纱线各项力学性能测量于一体，并通过一次作用原位测量获取织物和纱线的重量、弯曲、摩擦、拉伸、松弛、压缩及剪切等多项力学性能，以快速、准确地评价织物和纱线的手感风格。
本发明的测量原理是指通过单定点托针感应受力；一对夹持器与双压针同步下移施加变形于织物或纱线，使其在不同的位移处呈不同的受力状态，由此获得织物或纱线的各力学特征值；和动程最后通过一双级触块挤压单定点托针间的织物或纱线获得织物厚度或纱线直径指标。
本发明的测量装置主要包括力测量机构、信号采集与处理和计算机驱动控制系统三大部分。其基本结构和原理是a.力测量机构主要由高精度拉力传感器、左、右上定夹、双压针机构、单定点托针、双级触块测厚机构及步进电机驱动机构构成，可完成左、右上定夹距离定位、双压针位移测量和单定点托针拉力感应测量。通过调节左、右上定夹的水平位置和双压针的水平、竖直位置完成整个测量机构的距离定位。步进电机驱动移动板下移，并完成步进位移测量。整个测试过程中的力信号通过悬挂于拉力传感器上的单定点托针感应受力，并通过拉力传感器输出，完成微力测量；b.信号采集与处理系统是根据拉力传感器获得相应的电信号，经放大电路，滤波及模数转换器等数据采集系统将数据输入计算机，然后由自编数据处理和界面操作软件进行信号滤波以及复合力—位移数据图像显示、数据与图像存储和打印，并针对复合力—位移曲线进行特征模式识别与建模进行分段提取重量、弯曲、摩擦、拉伸、松弛、压缩及剪切力学行为过程，快速获取相应的力学性能指标；c.电机驱动系统主要由带有驱动模块的计算机、数模转换卡、电压/频率变频器、驱动机械机构、步进电机和微电机组成，电机驱动系统根据设定的速度、力值上、下限或位移上、下限、循环次数和微电机的触发时间来驱动移动板在竖直方向上、下运动和相应地驱动双级触块测厚器在竖直方向上、下运动。
上述的b和c是由连结步进电机及力传感器的并含有一般信号采集、程序控制和数据采集卡的计算机来实现的。
本发明是通过如下技术方案实现的一种织物和纱线力学指标的组合测量装置，如图1和图2所示，包括由移动板1，上定夹2，双级触块测厚机构3、双压针机构4、单定点托针5以及相应的复合力—位移信号处理系统和位移驱动控制系统组成。
1)移动板1是由移动底板座11、驱动螺杆12、伞齿轮13和14、步进电机15构成，完成安装于移动底板座11上的左右上定夹2和双压针机构4的垂直上下移动；2)上定夹2有左上定夹和右上定夹两个，依据弹簧压紧式原理，由夹头推块21、夹头架22、圆柱压杆23、弹簧24、对称转动螺杆25和转动盘26构成。通过转动对称转动螺杆25能调节左、右上定夹水平距离；推动夹头推块21，可产生空隙于圆柱压杆23，插入纱线或织物，松开夹头推块21，便可和夹头架22夹持试样，其结构如图1和图2所示；3)双压针机构4由针杆41、42、滑板44及转动螺杆43，45构成，转动螺杆43可同步调节针杆41、42及滑板44在竖直方向移动，转动螺杆45可对称调节针杆41、42在水平方向移动，针杆41、42根据试验试样不同，对织物选择直形针杆、纱线选择V字形针杆，其结构如图1和图3所示；4)单定点托针5由拉力传感器51、挂钩52、提框53、托针54及重锤55构成，悬挂于拉力传感器51(量程0～100cN，精度0.01～0.05cN)上单定点托针为含有平衡重锤55的刚性提框结构，以防止试样作用时的偏转或摆动，保证单定点托针的稳定性，其结构如图1和图4所示；5)双级触块测厚机构3由握持板31，带有两刚性支点的固定块的触块支架32，可滑动弹簧滑块33、转动螺杆34、蜗轮35、蜗杆36和驱动微电机37构成，触块支架32两边固定块的接触面与滑动弹簧滑块33底面常态在同一水平，由固装在移动板上的驱动微电机37驱动蜗轮35、蜗杆36使转动螺杆34转动，推动握持板31和触块支架32及滑动弹簧滑块33下移，弹簧滑块33碰触试样时，产生压力作用于单定点托针54，并回缩；触块支架32继续下移，两边固定块碰触该单定点托针时，又有一作用力于单定点托针54，由此给出织物的厚度或纱线的直径，其结构及测量原理如图1和图5～图7所示。
与现有技术相比，本发明包括如下优点a.通过一个拉力传感器和一次测量可进行织物或纱线的重量、弯曲、摩擦、拉伸、松弛、压缩及剪切性能完全测量。
b.能在同一台仪器上进行织物和纱线的各项力学性能测试，通过在同一测量原理下进行同机测试完成织物和纱线之间的力学性能关系。
c.左、右上定夹采用弹簧压紧式原理，能调整试样夹持张力；采用可推夹头推块快速夹持试样；采用圆柱压杆能适于试样从任一方向的无损引出；采用对称转动螺杆能进行对称移动。
d.机构简单，结构紧凑、轻巧，可安装于各类拉力测量传感器(量程0～100cN)上的拉伸测试仪上。
本发明不但通过数字化控制进行精密控制实验和自编软件快速完成信号采集、处理及提取织物或纱线的力学性能指标，而且操作简便、成本低，可广泛用于科研机构及工厂快速评价纱线的可纺性能，纺织生产中工艺参数的优化、质量控制及纺织品的服用性能和织物风格等进行评价。


图1一种织物和纱线力学指标的组合测量装置示意图(主视图)；图2一种织物和纱线力学指标的组合测量装置示意图(侧视图)；图3针杆示意图其中图3-1为直形针杆示意图，适于片状物，如织物等；图3-2为V字形针杆示意图，适于柱状物，如纱线、细绳等；图4单定点托针示意图；图5双级触块测厚机构装置示意图；其中图5-1为正视图，图5-2为侧视图；图6双级触块测厚机构压缩纱线示意图；其中图6-1为弹簧滑块接触纱线试样，图6-2为两支点固定块接触单定点托针；图7双级触块测厚机构压缩织物示意图；其中图7-1为弹簧滑块接触织物试样，其中图7-2为两支点固定块接触单定点托针；
图8数据采集与数控模块流程图；图9复合力—位移曲线。
图中1-移动板 11-移动底板座 12-驱动螺杆 13-伞齿轮114-伞齿轮2 15-步进电机2-上定夹 21-夹头推块 22-夹头架 23-圆柱压杆24-弹簧 25-对称转动螺杆 26-转动盘3-双级触块测厚机构 31-握持板 32-触块支架 33-弹簧滑块34-转动螺杆 35-蜗轮 36-蜗杆 37-驱动微电机4-双压针机构 41、42-针杆 44-滑板 43-对称转动螺杆45-垂直移动螺杆5-单定点托针 51-拉力传感器 52-挂钩 53-提框54-托针 55-重锤
具体实施例方式通过以下的基本实施方式和实施例有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例1，复合力—位移特征曲线获得。
移动板1的驱动螺杆12和驱动步进电机15、双级触块测厚机构3和驱动微电机37，以及单定点托针5的拉力传感器51均与机架固定。移动板1由螺杆驱动在垂直位置移动；双级触块测厚机构3通过驱动微电机37驱动蜗轮35、蜗杆36使转动螺杆34转动，推动握持板31和触块支架32及滑动弹簧滑块33下移完成纱线或织物试样的厚度测量；单定点托针5通过外力作用于托针54及拉力传感器51感应受力，通过与拉力传感器51相联的数据采集卡将其电压信号转换成数字信号。
按照测量的要求通过转动对称转动螺杆25，对称移动左、右上定夹2至水平方向所需位置；根据试样分别选择不同形状针杆(织物采用直形针杆，纱线采用V字形针杆)；通过转动对称转动螺杆45对称移动双压针41、42至水平方向所需位置；转动螺杆43同步移动双压针41、42至竖直方向所需位置进行距离定位。
截取织物或纱线试样，并保证试样长度能使试样夹持在左、右上定夹2时悬挂状态下位于单定点托针5和双压针41、42间，且不接触单定点托针2和双压针41、42。试样夹持长度可在测试过程中由左、右上定夹2和双压针41、42及单定点托针5的位置计算获得。将试样一端固定在左上定夹，另一端将试样从双压针下41、42和单定点托针5间穿过，再将试样另一端固定在右上定夹。
步进电机15驱动移动板1从静止状态竖直向下运动至刚好接触织物或纱线试样，此过程称为空程阶段(A区)，步进电机15驱动移动板继续竖直向下运动，直至位于双压针41、42和单定点托针5间的试样保持水平，此过程称为称重阶段(B区)，该阶段主要是试样的重量在起作用，可获得试样的重量特征值；步进电机15驱动移动板1板继续竖直向下运动，直至达到最大弯曲力，此过程命名为弯曲阶段(C区)，该阶段可获取织物或纱线的弯曲性能特征值；步进电机15驱动移动板1继续竖直向下运动，直至试样被拉伸，此过程命名为摩擦阶段(D区)，该阶段可获取织物或纱线的摩擦性能特征值；步进电机15驱动移动板1继续竖直向下运动，直至给定力限定或位置限定停止，此过程命名为拉伸阶段(E区)，可获取拉伸特征值，并在拉伸起点可根据左、右上定夹2、双压针41、42及单定点托针5的位置获取试样的伸直长度；移动板停止，则试样处于左、右上定夹2、双压针41、42及单定点托针5共同作用下的拉伸状态，按照设定时间使试样松弛一段时间，此过程命名为松弛阶段(F区)，该阶段可获取试样的松弛性能特征值；微电机37驱动双级触块测厚机构3竖直向下运动，当弹簧滑块33碰触试样时，产生压力作用于单定点托针5，并回缩，当触块支架32的两边固定块碰触该单定点托针5时，又有一作用力，此过程命名为压缩测厚阶段(G区)，由此获取织物的厚度或纱线的直径；沿织物的经纬向交角的角平分线方向，即45度方向裁剪织物，在该仪器上进行测试，其拉伸阶段(E区)过程命名为剪切阶段(E’区)，可获取织物的剪切性能特征值；微电机37驱动双级触块测厚机构3和移动板1恢复至原位，整个测试完毕。
上述整个测试过程中的力信号通过悬挂于拉力传感器上的单定点托针5感应受力，再通过拉力传感器51输出可获取复合力值信号，根据数据采集卡的采样频率和移动板1下移速度可将时间信号转换为位移信号，从而获得整个测试过程的实时复合力—位移曲线。该特征曲线如图9所示，特征曲线中位移区段的A、B、C、D、E、F、G区分别表示测试过程中的空程阶段、称重阶段、弯曲阶段、摩擦阶段、拉伸阶段、松弛阶段、压缩测厚阶段，当易织物测试方向时上述的拉伸过程对应织物的剪切性能，即剪切阶段。
实施例2，测量结果。
采用此一次作用测量10块织物试样求其均值获得其复合力—位移特征曲线，并从中提取织物力学性能的特征指标，结果见表1。
表1 2组精纺毛织物的组合测量结果重量 弯曲斜率 最大弯曲力 弯曲刚度 弯曲功摩擦力 拉伸模量序号(g)(cN/cm)(cN) (cN·cm2) (cN·cm) (cN) (cN/cm)1# 0.57 0.19 3.91 0.149 66.68 1.82 0.172# 0.58 0.23 5.51 0.254 102.4 2.55 0.18
权利要求
1.一种织物和纱线力学指标的组合测量装置，其包括连接步进电机及拉力传感器的、有信号采集和程序驱动控制模块、数据采集卡的计算机，其特征是还由固装在移动板1上的一对可调位置和张力的夹持器2、可调位置、间距和形状的双压针机构4；悬挂于拉力传感器上的单定点托针5；双级触块测厚机构3构成所述的夹持器2在对称转动螺杆25上，左右各有一个上定夹，每个上定夹由夹头推块21连接圆柱压杆23伸入夹头架22内，圆柱压杆23和夹头架22间设有弹簧24；通过转动对称转动螺杆25能调节左、右上定夹水平距离；推动夹头推块21，可产生空隙夹持纱线或织物于圆柱压杆23与夹头架22间；所述的双压针机构4由针杆41、42、滑板44及转动螺杆43，45构成，转动螺杆43可同步调节针杆41、42及滑板44在竖直方向移动，转动螺杆45可对称调节针杆41、42在水平方向移动；所述的单定点托针5由依次连接的拉力传感器51、挂钩52、提框53、托针54及重锤55构成；所述的双级触块测厚机构3由握持板31，带有两刚性支点的固定块的触块支架32，可滑动弹簧滑块33、转动螺杆34、蜗轮35、蜗杆36和驱动微电机37构成。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述的可调位置和张力的夹持器，通过转动对称转动螺杆对称移动夹持器位置。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述的可进行同轴靠拢和分开移动及微动的双压针机构，针杆41、42是直形针杆或V字形针杆。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征是所述的单定点托针是悬挂于固装在装置主架上梁上的拉力传感器挂钩上或被安装于其它通用拉伸强力仪上梁上。
5.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于所述的对称螺杆25是由其中间和两端各有一对轴承架支撑，由位于中间一对轴承架间的、固装于对称螺杆25上的转动盘26旋转驱动。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于用于测量织物或纱线的力学性能和手感风格。
全文摘要
本发明是一种织物和纱线力学指标的组合测量装置及用途，其包括连接步进电机及拉力传感器的、有信号采集和程序驱动控制模块、数据采集卡的计算机外，由固装在移动板1上的一对可调位置和张力的夹持器2、可调位置、间距和形状的双压针机构4；悬挂于拉力传感器上的单定点托针5；双级触块测厚机构3构成。本发明的特点在于仅通过一个拉力传感器、一次移动完成织物或纱线的重量、弯曲、摩擦、拉伸、松弛、压缩厚度及剪切性能的全部测量。而且，本发明机构简单，结构紧凑、轻巧，可安装于各类微力测量传感器的拉伸测试仪上。
文档编号G01N3/00GK1588058SQ20041005359
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月10日 优先权日2004年8月10日
发明者于伟东, 杜赵群, 杨萍, 王锦成 申请人:东华大学